Эволюция физической картины мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российская таможенная академия»

Реферат

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Эволюция физической картины мира

Выполнила:

А.О. Шалягина, студентка 1-го курса

очной формы обучения факультета

таможенного дела, группа Тс0215/08

Люберцы

2015



Оглавление

цивилизация наука техника

Введение

1. Понятие научной картины мира

2. Возникновение научной картины мира

3. Геоцентрическая и гелиоцентрическая картина мира

4. Механическая картина мира (динамизм Ньютона)

5. Электромагнитная картина мира

6. Становление современной картины мира

Заключение

Список использованных источников



Введение

Важнейшей функцией науки является мировоззренческая функция. Она связана с формирование научной картины мира, без которой современный человек не сможет нормально ориентироваться в нашем мире. Ведь современная цивилизация сформировалась в результате процессов модернизации, начавшихся в Европе с 16 века и неразрывно связанных с развитием науки и техники. Данные процессы были бы невозможны, если бы не существовало систематизированного представления о природе, объясняющего с точки зрения науки большую часть того, что мы видим вокруг себя. Также в понятие научной картины мира входит обоснование принципов познания окружающего мира, что теснейшим образом связывает в данном вопросе науку с философией. Научная картина мира формируется на основе естественных, общенаучных и гуманитарных наук. Но фундаментом этой картины, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания для формирования научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной картине мира.



1. Понятие научной картины мира

Научная картина мира, как и любой познавательный образ, упрощает и схематизирует действительность. Но, вместе с тем, за счет упрощений и схематизаций она выделяет из бесконечного многообразия реального мира именно те его существенные связи, познание которых и составляет основную цель науки на том или ином этапе ее исторического развития.

Часто понятие научной картины мира используется как синоним научного мировоззрения. Однако, с точки зрения большинства исследователей науки, научная картина мира не является аналогом научного мировоззрения. Она является его компонентом, который фиксирует в мировоззрении лишь знания об устройстве мира, полученные на том или ином этапе исторического развития науки.

Итак, что же такое научная картина мира? Существует множество определений научной картины мира. Приведем некоторые наиболее распространенные.

Научная картина мира - это целостное представление о мире на данном этапе развития общества и научного знания. В ней синтезированы знания конкретных наук и философские обобщения.

Научная картина мира - это специфическая форма систематизации научного знания, задающая видение предметного мира.

Научная картина мира - это интегративная система представлений о мире, которая вырабатывается в результате синтеза знаний, полученных в разных областях научного исследования. Научная картина мира является промежуточным звеном между философией и конкретными науками. Она строится как обобщение основных понятий, принципов, гипотез отдельных наук при помощи определенных философских положений и идей.

Научную картину мира следует относить к общенаучному знанию. Отдельные науки играют здесь роль элементов содержания, а средством их обобщения являются философские положения, выполняющие роль формы.

В структуре научной картины мира выделяют два главных компонента:

- концептуально-понятийный

- чувственно-образный.

Концептуальный компонент представлен:

- философскими понятиями, такими, как материя, движение, пространство, время и др.;

- философскими принципами - принципом всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности явлений и процессов, принципом развития, принципом единства мира и др.;

Концептуально-понятийный компонент представлен также:

- общенаучными понятиями, такими, как поле, вещество, энергия, сила, вселенная и др.;

- общенаучными принципами - принципом детерминизма, принципом верификации, принципом фальсификации, принципом соответствия и др.;

- общенаучными законами - законом сохранения и превращения энергии, законом эволюционного развития и др. Поскольку существуют различные уровни систематизации научного знания, постольку можно выделить три основных значения, в которых применяется понятие «научная картина мира».

1. Общая научная картина мира, которая выступает как целостный образ мира, включающий представления и о природе, и об обществе.

2. Научная картина мира как система представлений о природе, складывающихся в результате синтеза достижений естественнонаучных дисциплин.

3. Научная картина мира как систематизация знаний в отдельной науке, фиксирующая целостное видение предмета данной науки, складывающееся на определенном этапе ее истории и меняющееся при переходе от одного этапа развития науки к другому. В этом значении можно выделить следующие научные картины мира:

- физическую картину мира,

- биологическую картину мира,

- астрономическую картину мира,

- химическую картину мира и др.

Представление о природе в физике со временем изменялось, поэтому можно говорить о различных картинах физического мира, которые лежали в основе научной картины мира. Можно выделить следующие картины мира в истории физики:

- механистическая,

- электромагнитная,

- релятивистская,

- квантово-полевая,

- современная (основанная на понятии физического вакуума).

2. Возникновение научной картины мира

Первые дошедшие до нас естественнонаучные представления об окружающем мире были, сформулированы древнегреческими философами и учеными в 6-5 вв. до нашей эры. Их учения опирались на накопленные ранее знания и религиозный опыт египтян, шумеров, вавилонян, сирийцев, но отличались от последних стремлением проникнуть в суть, в скрытый механизм явлений мира. Основополагающие положения этих учений могут быть сформулированы как основные принципы античной картины мира.

Основные принципы античной картины мира.

Принцип круговых форм, движений и цикличности. Наблюдение круглых дисков Солнца и Луны, закругленной линии горизонта на море, восходы и заходы светил, смена времен года, отдыха и труда и т. д. наводили греков на мысль о круговых формах, движениях, циклах развития.

Принцип существования начала, лежащего в основе многообразия явлений мира. Первые представления о таком начале сводились к первичным стихиям, таким, как вода, воздух, земля и огонь. В дальнейшем появляются абстрактные представления, не сводимые к чувственному восприятию, такие, как атом Демокрита или материя Платона и Аристотеля.

Представление о небесном своде. Предполагалось, что Земля находится в центре мира, а твердый небесный свод служит опорой для звезд и отделяет небо от Земли. Звезды неподвижно прикреплены к небесному своду, а планеты (к которым относили Солнце и Луну) перемещаются относительно фона неподвижных звезд. Слово «планета» произошло от древнегреческого слова «блуждающий». Двигаясь вокруг Земли, планеты совершали сложные, петлеобразные движения. Причина в том, что каждая планета, как считалось, прикреплена к прозрачной твердой сфере. Сфера обращалась равномерно вокруг Земли по правильной круговой орбите, а сама планета перемещалась еще и по сфере. Представление о небесном своде (сфере неподвижных звезд) сохранялось даже в системе Н. Коперника, хотя он и перенес центр мира с Земли на Солнце.

Принцип одухотворенности небесных тел. Платон считал, что планеты, как и другие движущиеся без видимых причин тела, обладают душой. Ученик Платона Аристотель первопричиной движения тел считал перводвигатель, являющийся нематериальным, неподвижным, вечным, совершенным.

Принцип небесного совершенства. Платон, Аристотель и другие философы верили, что небеса идеальны во всех отношениях. Исходя из этого, они считали, что небесные тела, их сферы и орбиты, по которым они движутся, должны состоять из нерушимой вечной субстанции - эфира. Форма небесных тел должна быть сферической, поскольку сфера - это единственное геометрическое тело, все точки поверхности которого равноудалены от центра. Сфера (круг) считалась у греков идеальной, совершенной фигурой.

Принцип музыки небесных сфер. Для пифагорейцев музыкальная гармония и движение планет были обусловлены одними и теми же математическими законами. Пифагор открыл замечательную связь между числами и законами музыкальной гармонии. Он обнаружил, что высота тона колеблющейся струны, концы которой закреплены, прямым образом зависит от ее длины. Уменьшение длины колеблющейся части скрипичной струны вдвое приводит к повышению тона рождаемого ей звука на октаву. Уменьшение длины струны на одну треть повышает тон звука на квинту, на одну четверть - на кварту, на одну пятую - на терцию. Пифагорейцы также обнаружили закономерность изменения высоты звука от величины вращающегося объекта и от расстояния от объекта до наблюдателя. Так, камень, привязанный к веревке и вращаемый над головой, будет издавать звук определенной высоты. Если изменять величину камня и длину веревки, то и высота издаваемого камнем звука будет меняться. Следуя этой логике рассуждений, Пифагор предполагал музыкально-числовую структуру космоса и музыку небесных сфер.

Принцип пустоты или заполненности космоса. По этому вопросу древнегреческие философы разделились на две противоборствующие школы. Глава одной из них - Демокрит - считал, что вещество космоса состоит из крошечных, невидимых, неделимых частиц - атомов, движущихся в окружающем пустом пространстве. По мнению же их противников (например, Парменида) мир заполнен одной или несколькими субстанциями, образующими сплошную среду.

Принцип центризма или однородности. Находимся ли мы в центре Вселенной или у Вселенной центра в принципе не существует, и существовать не может? Мир Платона и Аристотеля напоминал луковицу, в середине которой находилась Земля, тогда как сфера неподвижных звезд составляла ее внешнюю оболочку. Атомисты считали по-другому. В частности Лукреций Кар писал, что Вселенная не имеет центра и содержит бесконечное множество обитаемых миров.

Несмотря на разнообразие принципов и моделей Вселенной в античном мире, сложившаяся к тому времени культурная атмосфера и научная парадигма привели к установлению геоцентрической картины мира, автором которой был древнегреческий ученый и философ Аристотель.

3. Геоцентрическая и гелиоцентрическая картина мира

Аристотель из Стагиры (384-322 гг. до н.э.) известен как разносторонний ученый, обладавший энциклопедическими знаниями. В трактате «О небе» он описывает свою физико-космологическую картину мира. Здесь мы видим, как астрономические взгляды на Вселенную тесно переплетаются с физическими и философскими взглядами.

Под Вселенной Аристотель понимал всю существующую материю, состоящую из 4-х обычных элементов: земли, воды, воздуха и огня, а также 5-го элемента - эфира, в отличие от других не имеющего ни легкости, ни тяжести.

Все телам присуще движение. Движение есть переход возможного в действительное (потенциального в актуальное). Но не всякая возможность переходит в действительность, а только такая возможность, которая соответствует конечной цели данной вещи (энтелехии). У каждой вещи, согласно Аристотелю, есть конечная, высшая цель, являющаяся законом для данной вещи. Мы можем не знать всех целей, но они обязательно есть. Аристотель - основоположник концепции о всеобщей целесообразности - телеологии. Движение вообще определяется через его дюнамис, энергию и энтелехию. Аристотель подчеркивал, что знание движения - ключ к познанию природы, ведь природа есть начало движения и изменения. Движение вечно, потому, что вечно время.

Вселенная - это конечная ограниченная сфера, за границами которой нет ничего материального.

Там нет и пространства, которое мыслится как место; это означает, что пространства без тел не бывает, следовательно, в природе нет пустоты. Аристотель отрицает пустоту на том основании, что ее признание влечет за собой массу трудностей для понимания Космоса. Многие философы считали необходимым допустить существование пустоты, раз есть движение (атомисты), с другой стороны, отрицание пустоты приводит к отрицанию движения (элеаты). Те и другие неправы: движение есть, но пустоты нет.

Согласно Аристотелю, пространство состоит из мест, занимаемых телами. Но что такое место? Бесконечное существует, потому что всякая граница предполагает выход за ее пределы и т.д. до бесконечности. В понятии границы тела он различает границу самого тела и границу объемлющего тела. Последняя и будет «местом». Поэтому место связано с движущимся телом, но оно с ним не перемещается. Если объемлющего тела нет, то вопрос о месте бессмыслен.

За пределами Вселенной не существует и времени. В каком смысле существует время? Парадоксально взаимоотношение времени и движения. Время не существует без движения, но оно не есть движение, потому что время равномерно, движения же неравномерны. Поэтому время - мера движения. Но парадокс в том, что само время измеряется движением, которое есть мера времени. Итак, время - мера движения, а движение - мера времени. Выход из этого парадокса в том, что мерой времени является не всякое движение, а движение небесной сферы. Это равномерное круговое движение есть «круг времени».

За пределами Вселенной помещался нематериальный, вечный, неподвижный, совершенный перводвигатель (божество), который сообщал миру, в частности и космическим телам, совершенное равномерное круговое движение.

Так как шарообразность Вселенной была видна невооруженным глазом в форме небосвода, в круговом суточном движении небесных светил (Солнца, Луны и др.), в наблюдении лунных затмений, когда круглая тень Земли наползала на диск Луны (что подтверждало и шарообразность нашей Земли), то в такой ограниченной Вселенной должен был существовать центр, как особая точка, равноудаленная от периферии. Таким образом, центральное положение Земли следовало из общих свойств Вселенной: самый тяжелый элемент - земля, составляющий в основном земной шар, не мог не быть всегда в центре мира. Менее тяжелым элементом, тяготеющим к земле, была вода, а легкими - огонь и воздух. В надлунном мире единственный элемент - эфир - находился в вечном круговом движении в мировом пространстве. Из эфира, согласно Аристотелю, состояли все небесные тела, идеальной сферической формы, скрепленные каждое со свое сферой, твердой и кристально-прозрачной, с которой они вместе двигались по небу. Точнее говоря, двигались сферы, а с ними и планеты. Движение небесных тел с востока на запад Аристотель считал естественным и наилучшим (природа всегда осуществляет наилучшую из возможностей). Аристотель выделял 8 сфер во Вселенной. Он считал, что для небесных тел естественным, совершенным, является именно круговое, вечное, равномерное движение, которое постулировалось как признак совершенства небесных тел. Все это соответствует концепции Аристотеля о том, что все тела стремятся к своему «естественному месту».

Неподвижность Земли в центре мира Аристотель просто постулировал, чтобы обосновать суточное вращение всего небосвода. Согласно ученому, Вселенная не возникла и принципиально неуничтожима, она вечна, поскольку единственна и объемлет всю возможную материю, ей не из чего возникнуть и не во что превратиться. Возникает и уничтожается не Космос, а его состояния.

Космическая система Аристотеля была теорией, опиравшейся на опыт, как его тогда понимали, то есть на полное доверие повседневным наблюдениям (видимые круговые движения планет, Солнца, Луны, закругленная линия горизонта на море и т. п.). Аристотель считал, что Земля свободно парит в пространстве, а не уходит корнями в бесконечность (Ксенофан), и не плавает на воде (Фалес). Но вместе с ошибочными представлениями своих предшественников Аристотель отбросил и правильные догадки пифагорейцев о вращении Земли вокруг свое воображаемой геометрической оси, так как это вращение не ощущалось в повседневном опыте.

Аристотель стремился очистить картину мира от донаучного мифологического элемента. Он резко критиковал древние учения, согласно которым небо и небесные тела, чтобы не упасть на Землю, должны опираться на плечи могучих героев - Атлантов.

Модель Вселенной Аристотеля можно назвать телеологической, опирающейся на высшие конечные цели и причины (перводвигатель, идеальные божественные круговые формы, наилучшая возможность и т.п.). Тем не менее, эта модель стала первым организующим фактором на пути дальнейшего развития науки. В ее рамках на протяжении 1,5 тыс. лет формировались конкретные научные представления. Будучи догматизированной в средневековой Европе и на арабском Востоке, картина мира Аристотеля дожила до 16 века.

Основоположником гелиоцентризма по праву считается Николай Коперник (1473-1543). Он сумел преодолеть преклонение перед авторитетами и догмой, в которую превратился геоцентризм. Итогом его длительных размышлений о порядке и красоте мироустройства стал трактат «О вращениях небесных сфер», увидевший свет в 1543 году, в год смерти самого ученого.

Революционная идея Коперника состояла в том, что в центре мира находится Солнце, вокруг которого движутся планеты, - и среди них Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от солнечной системы находится сфера звезд. Земля, таким образом, была низведена до ранга рядовой планеты, а видимые движения планет и звезд объяснялись суточным и годичным обращением Земли вокруг Солнца. Однако, как и у античных ученых, движения небесных тел оставались у Коперника равномерными и круговыми. Принять гелиоцентризм Копернику помогло представление об относительном характере движения, известное еще в античности.

В основе системы Коперника лежали два принципа:

- допущение подвижности Земли

- признание центрального положения Солнца в системе.

С помощью основных движений Земли - годичного и суточного - впервые получила объяснение смена времен года и смена дня и ночи.

Преимущество теории Коперника по сравнению с теорией Птолемея состояло в логической простоте, стройности и практической применимости. Коперник считал, что «природа не терпит лишнего» и стремится возможно меньшим числом причин обеспечить возможно большее число следствий.

Для того, чтобы как-то смягчить впечатление от своего нововведения, Коперник указывал на то, что размеры сферы звезд и удаленность ее от солнечной системы столь колоссальны, что вся солнечная система, вместе с подвижной теперь уже Землей, может практически рассматриваться как центр Вселенной, как единая точка.

Благодаря системе Коперника движение стало рассматриваться как естественное свойство небесных объектов, в том числе Земли. Движение всей Вселенной подчинялось общим закономерностям, единой механике.

Благодаря Копернику Земля более не противопоставлялась «божественным» планетам и звездам и приобрела равный с ними статус. Дело, начатое Коперником, было продолжено монахом одного из неаполитанских монастырей, итальянским ученым Джордано Бруно (1548-1600). На развитие его взглядов большое влияние оказала натурфилософия Николая Кузанского, в которой отрицалась возможность для любого тела быть центром Вселенной, поскольку Вселенная бесконечна, а бесконечность центра не имеет. Объединив философско-космологические взгляды Николая Кузанского и гелиоцентрические выводы Коперника, Бруно создает собственную естественно-философскую картину бесконечной Вселенной. Концепция Бруно изложена в его трудах «О причине, начале и едином», «О бесконечности, вселенной и мирах» и др.

Вслед за Кузанцем Бруно отрицал существование какого бы то ни было центра Вселенной. Он утверждал бесконечность Вселенной во времени и пространстве. Бруно писал о колоссальных различиях расстояний до разных звезд и сделал вывод, что соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Ученый утверждал изменяемость (эволюцию) небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними космическим веществом. Идею изменяемости он распространял и на Землю, утверждая, что поверхность нашей Земли изменяется за большие промежутки времени, в течение которых моря превращаются в континенты, а континенты - в моря.

Интересным и перспективным было и утверждение ученого об общности элементов, составляющих и Землю, и все другие небесные тела. В основе всех вещей лежит единая, неизменная, первичная материальная субстанция. Исходя из этого единства, Бруно предположил, что в бесконечно развивающейся Вселенной должно существовать и бесконечное число очагов разума, множество обитаемых миров.

За высказанные еретические идеи, противоречащие церковным догматам, Дж. Бруно был приговорен инквизицией к сожжению на костре, что и было приведено в исполнение в Риме в 1600 году.

Коперниканская революция повлекла за собой и революцию в механике, зачинателем которой был Галилео Галилей (1564-1642).

Механические процессы интересовали Галилея на протяжении всей его жизни. Он первый построил экспериментально-математическую науку о движении - динамику, законы которой вывел в результате обобщения поставленных им научных опытов.

Галилей предложил новую идею - движение по инерции. Ранее господствовало аристотелевское понимание движения, согласно которому тело движется благодаря внешнему на него воздействию, а когда последнее прекращается, тело останавливается. Галилей же предложил принцип инерции, согласно которому если на тело не производится внешнего воздействия, то оно либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения сколь угодно долго.

Галилей открыл законы свободного падения тел: независимость скорости такого падения от массы тела, определил, что путь, пройденный падающим телом, пропорционален квадрату времени падения.

Галилей построил теорию равномерно-ускоренного движения, открыл законы колебания маятника.

Он показал также, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и силы тяготения, есть парабола.

Метод исследования Галилея носит название экспериментально-теоретического. Суть его заключается в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и постепенном мысленном приближении этих явлений к некоторым идеальным условиям, в которых законы, управляющие этими явлениями, могли бы проявиться в чистом виде.

Кроме открытия законов движения Галилей сделал и ряд астрономических открытий с помощью сконструированного им телескопа (на основе изобретенной в Голландии подзорной трубы). С него началась новая эра в наблюдательной астрономии. Он открыл существование огромного количества новых звезд на Млечном пути, установил, что звезды удалены от нас неизмеримо дальше планет, так как планеты в телескоп увеличивались и имели вид кружков, в то время как звезды при любом увеличении оставались точками; он увидел реальную поверхность Луны, которая оказалась не гладкой идеальной сферой, но была покрыта неровностями, горами, пропастями и обрывами (Галилей даже оценил высоту лунной горы в 7 км); он обнаружил на диске Солнца темные образования («пятна»), которые перемещались, что позволило Галилею утверждать, что и Солнце вращается вокруг своей оси; он открыл четыре спутника Юпитера, благодаря чему Земля перестала быть единственной планетой, имеющий спутник.

Всеми своими открытиями Галилей доказывал правоту гелиоцентрической системы Коперника. Симпатии Галилея гелиоцентризму нашли свое отражение в его работе «Диалог о двух системах мира - Птолемеевой и Коперниковой», которая привлекла внимание инквизиции. В 1633 году Галилей был вызван в Рим, где под угрозой применения пыток 69-летнего ученого заставили отречься от коперниканских «заблуждений». Лишь спустя 350 лет после смерти, в октябре 1992 года он был реабилитирован католической церковью: осуждение было признано ошибочным, а учение - правильным.

4. Механическая картина мира

Механическая картина мира сложилась в результате научной революции 16-17 века. Свой вклад в ее формирование внесли И. Кеплер, Р. Декарт, П. Лаплас, И. Ньютон и многие другие ученые.

Исаак Ньютон, выдающийся английский физик (1643-1727), был последователем механики Г. Галилея и усовершенствовал его метод. В основе метода Ньютона лежало экспериментальное установление точных количественных закономерностей и выведение из них общих законов природы. Основным трудом И. Ньютона считаются “Математические начала натуральной философии” (1687).

С именем Ньютона связано создание (независимо от Лейбница), дифференциального и интегрального исчислений. Но он все же наиболее известен как создатель теории движения (классической динамики) на основе идеи «инерции» Галилея. Ньютон сформулировал три основных закона движения тел.

Первый закон Ньютона: Если бы на тело не действовало никаких сил вообще или действие сил было бы скомпенсировано, то после того, как телу бы сообщили начальную скорость, оно продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно, прямолинейно и сколь угодно долго. Ньютон вкладывал в этот закон, следующий смысл: всякое тело удерживает, сохраняет свое состояние (движения или покоя), пока оно не вынуждается внешней силой изменить его. Тело косно, инертно и сопротивляется любому воздействию извне.

Второй закон Ньютона: Ускорение a, сообщаемое телу массой m, прямо пропорционально приложенной силе F и обратно пропорциональна массе m, то есть F = m a. В этом законе Ньютон говорит о пропорциональности силы и изменении количества движения (импульса), то есть количество движения (mv) пропорционально приложенной силе F.

Третий закон Ньютона: Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположное по направлению, иначе: взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению, то есть F = - F.

Вершиной научного творчества И. Ньютона все же стала теория тяготения и провозглашение первого универсального закона природы - закона всемирного тяготения. Древняя идея взаимного стремления тел друг к другу, трактовавшегося даже как проявление любви между ними, освободилась от антропоморфности и мистицизма. В теории Ньютона тяготение стало эмпирически обоснованным постулатом, утверждавшим, что сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных качеств и состава; она всегда прямо пропорциональна массам тяготеющих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Каждая частица во Вселенной притягивает все остальные частицы и сама притягивается ими.

Из закона всемирного тяготения Ньютон математически вывел и уточнил кеплеровы законы эллиптического движения планет; сделал вывод о единстве законов движения всех космических тел.

Распространив на всю Вселенную закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, Ньютон рассмотрел возможную структуру гравитирующей Вселенной в целом при двух противоположных допущениях - конечности и бесконечности Вселенной. Он пришел к выводу, что лишь во втором случае материя может существовать в виде множества космических объектов - центров гравитации. В конечной же Вселенной все центры гравитации рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Таким образом, уже само наблюдение бесчисленных звезд подсказывало мысль о бесконечности мирового пространства. Поэтому фундаментальной моделью Вселенной стало представление о бесконечном пространстве, в котором находятся бесчисленные материальные космические объекты, связанные друг с другом силой всемирного тяготения, определяющей характер их движения.

Итак, вселенная бесконечна в пространстве, но вечна ли она во времени? Если предположить бесконечность и вечность Вселенной, заполненной бесконечным множеством звёзд, то возникает проблема, известная как «парадокс Ольберса» - небо должно днём и ночью светиться с яркостью Солнца, поскольку любой луч зрения должен упираться в какую-нибудь звезду. Этот парадокс неразрешим в модели бесконечной, вечной, стационарной Вселенной.

Ньютон задумывался над проблемой происхождения упорядоченной Вселенной. Здесь он столкнулся с задачей, для решения которой еще не располагал научными фактами. Однако Ньютон понял, что одних только механических свойств материи для объяснения происхождения наблюдаемого строения Вселенной недостаточно. Он критиковал атомистов и механицистов (например, чисто механическую космогонию Декарта), утверждая, что из одних только механических движений частиц не могла возникнуть вся сложность мирового порядка и богатство живых существ на Земле. Оставалось прибегнуть лишь к некой более могучей, чем тяготение, организующей силе, каковой в эпоху Ньютона мыслился только Бог. Тайной для ученого оставалось и начало орбитального движения планет (тангенциальную составляющую их скорости). Из одного лишь притяжения тел друг к другу не может возникнуть обращение одного тела вокруг другого. Поэтому он допустил некий божественный “первотолчок”, благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение. Гипотеза «вихрей» Декарта, согласно которой вихри материи являются источником движения планет, отвергалась Ньютоном как произвольно вымышленная и недоказуемая.

Благодаря Ньютону утвердилось представление о существовании бесконечного пустого межпланетного и межзвездного мирового пространства. Сам Ньютон, правда, обдумывал идею крайне разряженной мировой материи, не вызывающей заметного торможения планет. Рассматривал он и гипотезу некоторой среды, передающей гравитационное взаимодействие. Однако в борьбе со взглядами Декарта и его чисто механистической школы утвердился принцип дальнодействия - как передачи действия тяготения от одного тела к другому мгновенно, на любое расстояние и через пустоту.

С именем Ньютона связано также введение в науку понятий об абсолютном пространстве и абсолютном времени.

Пространство Ньютон отождествлял с пустотой, рассматриваемой как «вместилище» тел. Пространство абсолютно в том смысле, что существует везде и всегда, и все, что существует, имеет свое место в этом едином всеобъемлющем пространстве. Пространство обладает следующими характеристиками: оно трехмерно, однородно (все его точки одинаковы), изотропно (все направления в нем равноправны), непрерывно, его свойства описываются геометрией Евклида. Абсолютность пространства состоит и в том, что оно существует независимо от времени и от расположенных в нем материальных объектов, и его свойства не зависят от того, что в нем существует и происходит.

Время также абсолютно в том смысле, что существует само по себе, независимо от всего, что происходит во времени, «течет» равномерно и образует необходимое условие любого процесса. В отличие от пространства оно обладает следующими характеристиками: одномерность, однонаправленность, необратимость.

Существовали во времена Ньютона и другие точки зрения на пространство и время (например, реляционная теория Лейбница), однако взгляды Ньютона доминировали в физике вплоть до начала ХХ века.



5. Электромагнитная картина мира

Основы новых представлений о материи были заложены в работах Х. Эрстеда и А. Ампера в конце 18-начале 19 века. Затем, в процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Открыв явление электромагнитной индукции, он сделал вывод, что огромную роль в передаче электрических и магнитных сил играет среда. Одним из первых идеи Фарадея оценил О. Максвелл, создавший электромагнитную теорию в середине 19 века. Тем самым было завершено создание электродинамики, еще одной фундаментальной физической теории.

Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля -- сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.

Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы (поле) соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы (поле) -- движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики. Они известны как уравнения Максвелла. Это -- закон Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона; магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца, магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем. Уравнения Максвелла записываются в терминах теории поля. Это позволило единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.

Теория тяготения Ньютона представляла собой теорию частиц и их взаимодействий. При новом подходе и частицы, и создаваемые ими гравитационные поля играли одинаково важную и взаимодополняющую роль. Частицы служат источником гравитационных полей, которые в свою очередь воздействуют на частицы. Частицы не взаимодействуют друг с другом непосредственно на расстоянии, но каждая частица испытывает ускорение в результате действия на нее гравитационного поля в той точке, где она находится. Теория поля отвергает непосредственное действие на расстоянии, т. е. принцип дальнодействия Ньютона, и пустоту заменяет материальной средой.

Таким образом, на место принципа дальнодействия Ньютона был поставлен принцип близкодействия, согласно которому, физическое действие может передаваться только от точки к точке и только с ограниченной скоростью. Пределом скорости распространения физического действия выступает скорость света в вакууме (с).

Ранее ученые считали, что электричество и магнетизм не связаны между собой. Но однажды датский физик Х.К. Эрстед (1777-1851), показывая опыт с электрическим током, заметил, что каждый раз, когда по проволочному контуру проходил электрический ток, стрелка лежащего рядом компаса вздрагивала. Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле. Изменяющееся (переменное) электрическое поле создавало магнитное поле.

Фарадей показал, что при прохождении магнита через виток провода, в нем возникает электрический ток. Это означало, что изменение магнитного поля (переменное магнитное поле) создает электрическое поле. Была доказана единая природа электрического и магнитного полей.

Фарадей ввел в науку понятие электромагнитного поля как особой среды физических взаимодействий.

Математическую обработку теории электромагнетизма создал Максвелл. Он начал с рассмотрения четырех основных фактов об электричестве и магнетизме:

1. Электрические заряды отталкиваются или притягиваются с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

2. Движущийся электрический заряд или ток создает магнитное поле.

3. Движущийся магнит создает ток, т. е. электрическое поле.

4. Электрический ток в одной цепи может порождать (индуцировать) ток в соседней цепи.

Создавая теорию электромагнетизма, Максвелл использовал аналогию между «силовыми линиями» поля и «потоком» в гидродинамике. Так, скорость течения «электрической жидкости» соответствовала силе тока, а разница давлений жидкостей - разности электрических потенциалов.

Четыре уравнения Максвелла, использующие векторный анализ, дают математическое описание электромагнитного поля.

Самым неожиданным для Максвелла оказалось то, что электромагнитное поле может существовать самостоятельно: оно отрывается от колеблющегося заряда и распространяется в пространстве. Электрическое и магнитное поле в ходе своего изменения взаимно возбуждают друг друга, в результате чего возникают электромагнитные волны, которые распространяются со скоростью света в вакууме. Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн, определив, что они распространяются со скоростью света. Он открыл, что свет - это электромагнитная волна.

Через 10 лет после смерти Максвелла, в 1889 году, немецкий физик Генрих Герц (1857-1894) обнаружил электромагнитные волны неоптического диапазона - радиоволны. Сегодня физикам известен целый спектр электромагнитных волн: радиоволны, свет (оптический диапазон), рентгеновское излучение, гамма-излучение и др.

Законы Ньютона, и особенно его теория тяготения, а также последовавшая за ней теория электромагнетизма заложили фундамент для дальнейшего развития научного представления об устройстве мира.

6. Становление современной картины мира

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, но вскоре в физике стали возникать проблемы с объяснением новых открытий: фотоэффекта, линейности спектра атомов, теории теплового излучения, радиоактивности. Появившиеся учения о строении атома противоречили электромагнитной картине мира. Все это привело в начале ХХ века к замене электромагнитной картины мира современной физической.

В начале ХХ века в физике возникли два взаимоисключающих представления о материи: 1) либо материя абсолютно непрерывна, 2) либо она состоит из дискретных частиц.

В 1900 г. М. Планк предложил квантовую гипотезу (лат. quantitus -- количество): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями -- квантами, величина которых пропорционально частоте излучения. Им была введена новая фундаментальная физическая константа (квант действия) -- постоянная Планка.

В 1905 г. А. Эйнштейн на основе квантовой гипотезы Планка выдвигает предложение, что свет, электромагнитное излучение оптического диапазона, не только излучается, но распространяется и поглощается квантами.

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома: в атоме имеется положительное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома; число положительных зарядов ядра атома соответствует числу электронов, вращающихся вокруг ядра по круговым орбитам, и порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева.

В 1913 г. Н. Бор сформулировал два постулата, отражающих суть его теории атома. Первый постулат: существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает и не поглощает энергии, а электроны внешней электронной орбиты находятся на ближайшем от ядра атома расстоянии. Постулат второй: при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую происходит излучение или поглощение кванта энергии, равного разности энергий этих стационарных состояний.

В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что каждой частице соответствует определенная волна, т. е. каждой частице материи присущи и свойства волны (непрерывность) и дискретность (квантовость). Вскоре эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга.

Идеи Планка, Эйнштейна, Минковского, Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака, Борна, обобщая результаты физических экспериментов, позволили создать совершенно новую физическую картину окружающего мира, основанную на квантово-полевых представлениях.

Так сложились новые квантово-полевые представления о материи, которые определяются сейчас как квантово-волновой дуализм, т. е. наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы.

Современная физическая картина мира окончательно утвердила представления о пространстве и времени как о неразделимом с материей, едином, четырехмерном пространственно-временном континууме.

Спецификой квантово-полевых представлений о материи является их вероятностный характер, что соответствует более глубокому уровню познания природных закономерностей.

Современная физическая картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления. С каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы и развиваются новые теории.

Основу современной физической картины мира составляют квантовая механика, фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновой дуализм.



Заключение

По современным данным в природе имеются четыре типа сил: гравитационные, электромагнитные, ядерные, и слабые взаимодействия. Про явления всех четырех типов сил встречаются по всей вселенной появлением квантовой физики произошло революционное изменение классических представлений о физической картине мира. Разделение материи на вещество, имеющее прерывное строение, и непрерывное поле потеряло абсолютный смысл. Все элементарные частицы обладают волновыми свойствами. Принципы квантовой теории являются совершенно общими, применимыми для описания движения всех частиц, взаимодействий между ними и их взаимно превращений. Это доказывает единство природы. Тем не менее неизвестно, почему существует так много разных элементарных частиц, почему они имеют те или иные характеристики. До сих пор их массы, заряды и др. определяются экспериментально. Не смотря на то, что все отчетливее видна связь между различными типами взаимодействий, саму физическую суть единства мира уловить пока еще не удалось. Человечеству еще придется много поработать, чтобы проникнуть в тайны мироздания.



Список использованных источников

1. «Концепции современного естествознания». Авторы: Т.Г. Грушевицкая, А.П. Садохин. 2005 год.

2. Астрономия и современная картина мира. М., 1996.

3. Дышлевой П.С., Яценко Л.В., Что такое общая картина мира? М., 1984.

4. Философия и развитие естественнонаучной картины мира. Межвузовский сборник. / Отв. Ред. А.М. Мостепаненко. - Л.: ЛГУ. 1981.

5. Мария Романовна Зобова «Концепции современного естествознания». Учебное пособие.

Размещено на Allbest.ru

...